水平井生產(chǎn)測(cè)井配套技術(shù)及關(guān)鍵工具分析

謝新華，梁玉斌，劉 鵬，冼甲豪，李志達(dá)，李曉軍

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，廣東 湛江 524057)

水平生產(chǎn)井具有泄油面積大、生產(chǎn)壓差小、采液指數(shù)高及無(wú)水采油期長(zhǎng)等特點(diǎn)，逐漸成為新老油田開(kāi)發(fā)與挖潛、提高儲(chǔ)層采收率的有效方法與增產(chǎn)措施[1]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中海油的東海、南海東部和西部的海上油氣田的水平井?dāng)?shù)占油氣井總數(shù)的70%，隨著水平井開(kāi)發(fā)逐步進(jìn)入中、后期，其生產(chǎn)見(jiàn)水后含水迅速上升，產(chǎn)油量急劇下降，嚴(yán)重影響了油田開(kāi)發(fā)效果。因此，對(duì)水平井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，尤其是對(duì)水平井段的分段產(chǎn)出情況、主力產(chǎn)出層段的監(jiān)測(cè)顯得越來(lái)越重要[2]。為獲得真實(shí)有效的水平井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，在優(yōu)選測(cè)井儀器[3]的同時(shí)，更關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是如何把這些測(cè)井儀器輸送到井下目的層位，在輸送方法選擇上要優(yōu)先考慮測(cè)井施工的安全[4]。

目前，海上油田水平井生產(chǎn)測(cè)井一般采用井下爬行器輸送技術(shù)。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中暴露出其局限性[5-7]，例如，井下爬行器對(duì)井筒要求非常高，在爬行過(guò)程中易打滑、砂卡等，存在無(wú)法回收的風(fēng)險(xiǎn)；由于水平井段長(zhǎng)段不一，波狀起伏，儀器在推送過(guò)程中易遇阻；不適用于復(fù)雜井況。

連續(xù)油管技術(shù)[8-9]在水平井中具有其它測(cè)井輸送方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)[10-11]，如果連續(xù)油管輸送與電纜測(cè)井相結(jié)合(即連續(xù)油管內(nèi)穿電纜測(cè)井輸送技術(shù)[12-13])，在工程測(cè)井、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及生產(chǎn)測(cè)井中具有普遍適用性，是最具有發(fā)展前途的生產(chǎn)測(cè)井輸送技術(shù)[14]。具體表現(xiàn)在：

1) 適用于地層評(píng)價(jià)和生產(chǎn)測(cè)井，范圍廣。

2) 能夠進(jìn)入大斜度井和水平井中，并長(zhǎng)距離輸送測(cè)井儀器。

3) 儀器輸送不依靠重力，輸送動(dòng)力大。

4) 與電纜結(jié)合，可供選的儀器最多。

5) 作業(yè)速度快、效率高，成功率高。

6) 可穿過(guò)短距離的螺旋式扭曲管段。

7) 可以過(guò)油管連續(xù)作業(yè)。

8) 能夠在帶壓或有液流的情況下作業(yè)，并保持井控。

圖1 Y-Tool電泵生產(chǎn)水平井生產(chǎn)測(cè)試原理

1 配套工具分析

1.1 生產(chǎn)測(cè)試堵塞器

在電潛泵采油生產(chǎn)管柱中，為了在生產(chǎn)狀態(tài)下能準(zhǔn)確地對(duì)地層參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，需要將測(cè)試通道和采油通道密封分隔開(kāi)。因此，連續(xù)油管測(cè)井儀器輸送管串需要連接1個(gè)生產(chǎn)測(cè)試堵塞器。該工具需要與連續(xù)油管一起下入井中，并可鎖定在與Y接頭連接的工作筒中，任由連續(xù)油管上下移動(dòng)。同時(shí)，也需要在進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試前實(shí)現(xiàn)與連續(xù)油管脫離，從而使連續(xù)油管在測(cè)試部位可以自由上下移動(dòng)。除此之外，該堵塞器還能在生產(chǎn)測(cè)試完畢后與連續(xù)油管測(cè)井儀器輸送管串一起提出地面。

結(jié)合海上油田Y-Tool電泵生產(chǎn)管柱上的生產(chǎn)堵塞工作筒結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)出了適用于連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)井的生產(chǎn)測(cè)試堵塞器[17-18]，如圖2所示。該工具由測(cè)井儀器輸送管串通過(guò)生產(chǎn)管柱的旁通管下入井內(nèi)，在生產(chǎn)測(cè)井過(guò)程中，不僅滿(mǎn)足電泵生產(chǎn)堵塞要求，同時(shí)也滿(mǎn)足輸送管串拖動(dòng)儀器測(cè)井的要求。

圖2 生產(chǎn)測(cè)試堵塞器結(jié)構(gòu)示意

作業(yè)步驟：

1) 與工作筒匹配的生產(chǎn)測(cè)試堵塞器通過(guò)剪切銷(xiāo)釘鎖定，并與連續(xù)油管連接。

2) 下入過(guò)程中由工具的定位臺(tái)階判斷其是否到位。

3) 通過(guò)連續(xù)油管的下壓力，使生產(chǎn)測(cè)試堵塞器的鎖塊進(jìn)入工作筒的擴(kuò)徑部位，與工作筒相互作用而實(shí)現(xiàn)鎖定。

4) 上提連續(xù)油管，當(dāng)上提力超過(guò)銷(xiāo)釘剪切設(shè)計(jì)值，生產(chǎn)堵塞器與連續(xù)油管連接的銷(xiāo)釘被剪切，工具與連續(xù)油管分離。此時(shí)，生產(chǎn)測(cè)試堵塞器鎖定在工作筒處，并與連續(xù)油管脫離，連續(xù)油管能夠自由上下拖動(dòng)，進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)井。

5) 生產(chǎn)測(cè)井作業(yè)結(jié)束后，上提連續(xù)油管至設(shè)計(jì)值，鎖緊銷(xiāo)釘剪切，鎖塊回收，生產(chǎn)測(cè)試堵塞器解鎖，并隨連續(xù)油管一起提出至地面。

1.2 單向密封短節(jié)

連續(xù)油管下入后既要能夠?qū)崿F(xiàn)注入流體從連續(xù)油管通道內(nèi)部進(jìn)入井內(nèi)，同時(shí)還要保證井下氣、液不會(huì)從連續(xù)油管通道內(nèi)返出。解決本問(wèn)題的方法是在連續(xù)油管與測(cè)試工具之間加裝單向短節(jié)，如圖3所示。

圖3 單向密封短節(jié)結(jié)構(gòu)示意

單向密封短節(jié)由單向短接和密封短接2部分組成。

1) 單向短接。其作用是使井內(nèi)的液體不能進(jìn)入到連續(xù)油管內(nèi)，通過(guò)地面加壓可以使連續(xù)油管內(nèi)的液體進(jìn)入套管內(nèi)。工作時(shí)，地面加壓，壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓力推動(dòng)閥芯擠壓彈簧，連續(xù)油管內(nèi)的液體進(jìn)入套管內(nèi)。不進(jìn)行地面加壓時(shí)，彈簧復(fù)位，閥芯密封通道，井內(nèi)的液體不能進(jìn)入到連續(xù)油管內(nèi)。

2) 密封短接。使連續(xù)油管內(nèi)的電纜與連續(xù)油管固定、密封，同時(shí)又能夠與下井儀器配接。

1.3 釋放短節(jié)

測(cè)試工具下入井中，特殊情況下會(huì)出現(xiàn)遇卡現(xiàn)象。此時(shí)，如果上提力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致連續(xù)油管變形、斷裂，危及作業(yè)安全。加裝釋放短節(jié)則能解決該問(wèn)題，即，在無(wú)法解卡時(shí)使短節(jié)脫手。釋放短節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 釋放短節(jié)結(jié)構(gòu)示意

釋放短節(jié)連接在馬龍頭與儀器串頂部之間，內(nèi)部的貫通線提供短節(jié)頂部和底部之間的電氣連接。在測(cè)井施工過(guò)程中如果井下儀器遇卡，需要與馬龍頭斷開(kāi)時(shí)，連續(xù)油管上提一定拉力，超過(guò)拉力棒的斷裂拉力時(shí)，拉力棒脫開(kāi)，釋放短節(jié)的上半部分隨馬龍頭提出，露出打撈帽，方便下一步的打撈作業(yè)。脫開(kāi)狀態(tài)時(shí)，貫通線斷脫，下接頭的貫通線接口為承壓結(jié)構(gòu)，能夠直接承受井內(nèi)液體的壓力，不會(huì)對(duì)儀器串造成影響。

1.4 旋轉(zhuǎn)短節(jié)

使用連續(xù)油管下入測(cè)試工具，在下入深度較深時(shí)連續(xù)油管和測(cè)試工具之間會(huì)發(fā)生扭曲，如果不采取措施，可能會(huì)扭斷測(cè)試工具。解決該問(wèn)題的方法是在測(cè)試工具與連續(xù)油管間加裝旋轉(zhuǎn)短節(jié)，如圖5所示，連續(xù)油管扭曲轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也不會(huì)將轉(zhuǎn)矩傳遞給測(cè)試工具。

圖5 旋轉(zhuǎn)短節(jié)結(jié)構(gòu)示意

連續(xù)油管在下放和上提的過(guò)程中有旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而測(cè)井過(guò)程中有些儀器是不能旋轉(zhuǎn)的。旋轉(zhuǎn)短節(jié)使其連接的上部分可自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部是單芯插頭，并有貫通線貫穿儀器，頂部和底部的連接軸及自由旋轉(zhuǎn)的球軸承連結(jié)組件可支撐來(lái)自橫向和縱向的力，內(nèi)部只需很少的油便可維持內(nèi)外的壓力平衡。

1.5 張力測(cè)試短節(jié)

當(dāng)測(cè)試工具串在井下活動(dòng)時(shí)，需監(jiān)測(cè)整串儀器向上(拉伸)或下向(壓縮)所承受的縱向力。特別是在遇卡時(shí)，解卡過(guò)程中會(huì)受到較大沖擊載荷，很容易損壞測(cè)試工具串。在測(cè)試工具與連續(xù)油管之間加裝張力測(cè)試短節(jié)，能有效解決上述問(wèn)題。張力測(cè)試短節(jié)能實(shí)時(shí)顯示儀器上提和下放過(guò)程中的受力情況，對(duì)工具串起下過(guò)程中的遇卡、遇阻情況進(jìn)行監(jiān)控與警示。

1.6 柔性短節(jié)

當(dāng)轉(zhuǎn)向部位曲率半徑較小時(shí)，連續(xù)油管轉(zhuǎn)向會(huì)遇到困難。在測(cè)試工具串與連續(xù)油管間加裝柔性短節(jié)，可以使儀器串居中，減少連續(xù)油管對(duì)儀器串的側(cè)向載荷。在較高造斜率的井眼中，柔性短節(jié)會(huì)增加儀器串的柔韌性，對(duì)測(cè)試儀器在較小曲率半徑處的轉(zhuǎn)向具有輔助作用。

2 內(nèi)穿電纜連續(xù)油管測(cè)井配套工藝

該配套測(cè)井技術(shù)可進(jìn)行以下測(cè)井項(xiàng)目：

1) 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井。產(chǎn)液剖面、吸水剖面監(jiān)測(cè)。

2) 工程測(cè)井。套損檢測(cè)、固井質(zhì)量檢測(cè)等。

3) 剩余油飽和度測(cè)井。雙源距碳氧比測(cè)井、中子壽命測(cè)井等。

4) 特殊井作業(yè)。復(fù)雜井測(cè)井、電纜切割等。

2.1 常規(guī)測(cè)井工藝

1) 井下儀器的連接方式。吊裝連接方式。

2) 防噴裝置。液壓防噴器。

3) 適用條件。井內(nèi)無(wú)壓力，井口無(wú)返液。

常規(guī)測(cè)井內(nèi)穿電纜連續(xù)油管配套工具連接如圖6所示。

1—連續(xù)油管；2—電纜；3—單向短接；4—密封短接；5—旋轉(zhuǎn)短節(jié)；6—柔性短節(jié)；7—張力短節(jié)；8—釋放短節(jié)；9—測(cè)井儀。圖6 內(nèi)穿電纜連續(xù)油管常規(guī)測(cè)井工具連接示意圖

2.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井工藝

1) 井下儀器的連接方式。吊裝連接方式。

2) 防噴裝置。液壓防噴器、防噴管。

3) 適用條件。井內(nèi)有壓力，需要測(cè)井全過(guò)程密閉作業(yè)。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井內(nèi)穿電纜連續(xù)油管配套工具在常規(guī)測(cè)井管柱串上增加生產(chǎn)測(cè)試堵塞器，如圖7所示。

圖7 內(nèi)穿電纜連續(xù)油管動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井工具連接示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

海上某油田A1H井是1口裸眼完井水平生產(chǎn)井，采用優(yōu)質(zhì)篩管簡(jiǎn)易防砂，油井井深1 810 m，水平段長(zhǎng)度271 m。該井由于產(chǎn)液量和含砂量突然大幅上升，懷疑井下篩管存在漏點(diǎn)，需對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試以確定具體原因。

連續(xù)油管測(cè)試工具組合：?38 mm穿電纜連續(xù)油管+連接器+?43 mm單向節(jié)+?43 mm電纜密封頭+?43 mm旋轉(zhuǎn)短節(jié)+?43 mm張力短節(jié)+?43 mm柔性短節(jié)+?43 mm釋放短節(jié)+MIT測(cè)試工具串。順利完成水平段測(cè)試，測(cè)試資料顯示擴(kuò)徑，判斷有孔洞。成像后，圖像顯示為優(yōu)質(zhì)篩管篩網(wǎng)“紐扣”脫落，如圖8所示。目前已應(yīng)用穿電纜連續(xù)油管配套工具完成測(cè)試作業(yè)近20井次，充分體現(xiàn)了該配套技術(shù)的高效性、可靠性與實(shí)用性。

圖8 測(cè)試結(jié)果與原因分析

4 結(jié)論

1) 與其它水平井測(cè)井輸送技術(shù)相比，連續(xù)油管輸送技術(shù)在水平井的生產(chǎn)測(cè)試中具有較大的優(yōu)勢(shì)。連續(xù)油管穿電纜技術(shù)在國(guó)內(nèi)日趨成熟，促進(jìn)了連續(xù)油管內(nèi)穿電纜測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

2) 生產(chǎn)測(cè)試堵塞器是生產(chǎn)測(cè)井中的關(guān)鍵工具和技術(shù)難點(diǎn)。連續(xù)油管的下入和上提速度對(duì)堵塞器的密封性能有較大影響，速度越大，密封性能越差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，建議生產(chǎn)測(cè)試時(shí)下入和上提速度控制在10～15 m/min。

3) 連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試技術(shù)和相關(guān)井下工具在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用多井次，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)連續(xù)油管內(nèi)穿電纜生產(chǎn)測(cè)試在海上油田水平井中的工藝要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。